[发明专利]一种直流限流断路器

说明书

一种直流限流断路器，由组合回路、快速机械开关(K)、电感和避雷器组成。电网正常稳态运行时，断路器呈现低阻抗，对电网影响小；在直流输电线路出现故障时，可快速实现故障限流及故障线路的分断，大幅降低直流故障电流对换流站的影响。

技术领域

本发明涉及一种直流限流断路器拓扑，特别涉及一种柔性直流电网的高压直流限流断路器拓扑。

背景技术

直流断路器是保证直流输配电系统和直流电网系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。与交流系统所不同的是，直流系统的电流并不存在自然过零点，因此直流系统中无法像交流系统一样利用电流的自然过零点关断，因此直流故障电流的开断问题一直是一个值得研究的课题。

为了快速有效隔离直流故障，保障直流电网相关设备安全稳定运行，并尽可能减少故障对交直流系统运行带来的影响，需要采用高压直流断路器。目前，高压直流断路器主要有3种类型，即基于传统机械开关的机械式直流断路器、基于纯电力电子器件的固态直流断路器和基于二者结合的混合式直流断路器。机械式直流断路器通态损耗低，但受到振荡时间和机械开关分断速度的影响，难以满足柔性直流系统的要求；固态直流断路器需要使用较多的电力电子器件，导致其通态损耗大、成本高。因此，就目前研发现状而言，基于机械开关和电力电子器件的混合式直流断路器最具大规模应用的前景，为当前研究的重点。

随着柔性直流电网的不断发展，直流系统短路阻抗越来越小，短路电流水平越来越高，这对电力系统的危害极大，有必要研究有效的短路电流限制技术。

因此，亟待开展新型直流限流断路器的研究。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提出一种新的直流限流断路器。本发明具有稳态运行时损耗小、出现短路故障时能够快速限流并切除故障、结构简单等特点。

本发明直流限流断路器包括第一组合回路、第二组合回路、快速机械开关、第一电感、第二电感、第三电感和第一避雷器。第一电感的一端与快速机械开关的一端在第二连接点连接；快速机械开关的另一端与第三电感的一端在第三连接点连接；第三电感的另一端与第二电感的一端在第四连接点连接；第一避雷器连接在第二连接点和第四连接点之间。第一组合回路、第二组合回路分别连接在第二连接点和第四连接点上。所述的直流限流断路器通过第一连接点1和第五连接点5串联接入直流系统母线和直流输电线之间。

第一组合回路中，第一二极管与第一晶闸管反向并联连接，再与第二避雷器并联连接在第二连接点与第十一连接点之间；第一机械开关的一端与第二避雷器的一端在第十一连接点连接；第一机械开关的另一端与第一电容的一端在第十二连接点连接；第一电容的另一端与地线在第十三连接点连接；第一电阻连接在第二连接点和第十二连接点之间；第三避雷器与第一电容并联连接在第十二连接点和第十三连接点之间。

第二组合回路中，第二二极管与第二晶闸管反向并联连接，再与第四避雷器并联连接在第四连接点与第二十一连接点之间；第二机械开关的一端与第四避雷器的一端在第二十一连接点连接；第二机械开关的另一端与第二电容的一端在第二十二连接点连接；第二电容的另一端与地线在第二十三连接点连接；第二电阻连接在第四连接点和第二十二连接点之间；第五避雷器与第二电容并联连接在第二十二连接点和第二十三连接点之间。

本发明的主要优点：

1.可实现直流短路电流的快速限流，利用电容提供部分故障电流，有效降低非故障侧线路上的故障电流幅值；

2.可实现对故障电流的快速分断，大幅降低直流故障电流对换流站的冲击；

3.该直流限流断路器能够将短路电流控制在较低的水平，从而有效保护线路上的其它电气设备；

4.具有试探性重合闸功能，可有效避免重合闸失败对换流站的再次冲击；

5.系统正常工作时的损耗小，整个拓扑结构简单、易实现，且具有双向分断功能，可靠性高。